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1、河北师范大学 硕士学位论文 三粒子量子态隐形传输的两种方案 姓名：王保如 申请学位级别：硕士 专业：理论物理 指导教师：闫凤利 20030901 摘要 量子信息是量子理论与信息科学相结合而形成的- - f J 新兴科学分支。 量子隐形传态是此领域中的重要内容，它是指从发送者( 通常称为A l i c e ) 处 传输一个未知量子态给接收者( 通常称为B o b ) ，而发送者和接收者是空间远 离的。另外，量子隐形传态可能在量子稠密编码和量子密码术中有许多应 用。1 9 9 3 年B e n n e t t 等人提出了传输单粒子未知量子态的方案。从那以后， 量子隐形传态有了快速的发展。现在它已被
2、推广到了许多种情况。 量子隐形传态的基本思想为：为实现传送某一物体的未知量子态可将 原物的信息分为经典信息和量子信息。经典信息是发送者对原物进行测量 而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的信息。接收者在获得这两 种信息后，就可以制造出原物的完美复制品。在这个过程中，原物并未传 送给接收者，它始终留在发送者处，被传送的仅是原物的量子态。发送者 甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者将别的物质单元变换成为处于 与原物的完全相同的态。由于经典信息对量子态的隐形传送必不可少，所 以量子隐形传态不违背量子不可克隆定理。此外，经典信息传送速度不可 能快于光速，因此量子隐形传态不违背相对论的光速最大原理
3、。 本论文基于量子信息中的量子隐形传态思想，开展了如下工作： 由于热库引起的消纠缠问题的存在，在实际的量子隐形传态过程中， 量子通道通常不易保持最大纠缠态。鉴于此情况，提出了利用部分纠缠的 量子态为量子通道的概率传输方案。在这个方案中，幺正变换和局域测量 代替了B e l l 基测量，然后进行适当的幺正变换和辅助粒子测量并辅以经典 通讯。在第二章，我们用一个部分纠缠的六粒子纠缠纯态为量子通道，实 现了对两能级三粒子一般态的概率传输。“波函数测量坍缩”假设不是量子 力学的推论，而是一个额外的假设，将会引起许多概念上的问题。鉴于此 情况，我们考虑了测量设备的作用，以“纯粹的量子语言”“预测量” (
4、 即幺正变换) 的概念来描述量子隐形传态，从而避免了使用“测量坍缩”假 设。在第三章，我们在B u s c h 等人单粒子任意自旋态的隐形传输方案的基 础上，进一步研究了三粒子任意自旋态的隐形传输方案。 A b s t r a c t Q u a n t u mi n f o r m a t i o ni S an e ws u b j e c tt h a ti Sc o m b i n a t i o no fi n f o r m a t i o n s c i e n c ea n dq u a n t u mt h e o r y Q u a n t u mt e l e p o r
5、 t a t i o na l l o w st ot r a n s m i ta l lu n k n o w n q u a n t u m s t a t ef r o ma s e n d e r , t r a d i t i o n a l l yn a m e dA l i c e ，t or e c e i v e r , o rB O b ，b o t h a l e s p a t i a l l ys e p a r a t e d M o r e o v e r , i tm a y h a v ea p p l i c a t i o n sO nq u a n t
6、 u md e n s ec o d i n g a n d q u a n t u mc r y p t o g r a p h y I n1 9 9 3 ，B e n n e t t e ta lp r o p o s e das c h e m ef o rt e l e p o m n g a nu n k n o w n q u a n t u ms t a t eo fo n e p a r t i c l e S i n c et h e n ，q u a n t u mt e l e p o r t a t i o nh a s d e v e l o p e dr a p i
7、 d l y A tp r e s e n t i th a sb e e ng e n e r a l i z e dt om a n y c a s e s T h ep r i n c i p l e so fq u a n t u mt e l e p o r t a t i o n ：t h ei n f o r m a t i o no fo r i g i h a lC a nb e d i v i d e di n t od a s s i c a li n f o r m a t b na n dq u a n t u mi n f o r m a t i o n C l a
8、 s s i e a li n f o r m a t i o n i So b t a i n e d b ym e a s u r i n go r i g i n a l Q u a n t u mi n f o r m a t i o ni So t h e ri n f o r m a t i o nW h i c h s e n d e rc a n n o to b t a i n b ym e a s u r e m e n t R e c e i v e rC a np r o d u c ee x a c tr e p l i c ao f o r i g i n a la
9、 f t e rh er e c e i v e st w ok i n d so fi n f o r m a t i o n I nt h i sc o u p e ，o H g i n a ld o e sn o t b es e n tt Or e c e i v e r O n l yq u a n t u ms t a t eo fo r i g i n a lw i l lb es e n t S e n d e rc a ne v e n k n o wn o t h i n go ft h i sq u a n t u ms t a t e B e c a u s ec l
10、a s s i c a li n f o r m a t i o ni si n d i s p e n s a b l e t Oq u a n t u mt e l e p o r t a t i o na n dt h et r a n s p o r ts p e v e A o fc l a s s i c a li n f o r m a t i o nd o e sn o t e x c e e d v e l o c i t yo fl i g h t ，q u a n t u mt e l e p o r t a t i o nd o e sn o tv i o l a t
11、eq u a n t u mn O c l o n i n g t h e o r e ma n d p r i n c i p l e o f r e l a t i v i t y O n t h eb a s i so f p r i n c i p l e so f q u a n t u m t e l e p o r t a t i o n , W O r kt h a th a sb e e nd o n ei n t h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ： I np r a c t i c e ，t h e e n t a n g l
12、 e ds t a t e u s e da sq u a n t u mc h a n n e li S a l w a y sn o ta m a x i m a l l ye n t a n g l e ds t a t eb e c a u s eo fi n t e r f e r e n c eo fe n v i l - o n m e n t B yu s i n gp a r t l y e n t a n g l e dp u r es t a t e ，w ep r e s e n tas c h e m eo fp r o b a b i l i s t i ct e
13、l e p o r t a f i o n I nt h i s s c h e m eu n i t a r yt r a n s f o r m a t i o na n d1 0 c a lm e a s u r e m e n tt a k et h ep l a c eo fB e s t a t e m e a s u r e m e n t ，a n dt h e np r o p e ru n i t a r yt r a n s f o r m a t i o na n dt h em e a s u r e m e n to na n a u x i l i a r yq
14、u b i tW i t ht h ea i do fc l a s s i c a lc o m m u n i c a t i o na l ep e r f o r m e d I nc h a p t e r1 As c h e m ef o r p r o b a b i l i s t i ct e l e p o r t i n gu n k n o w nq u a n t u m p u r eS t a t eo f t h r e e2 - l e v e l p a r t i c l e ss t a t eo fg e n e r a lf o r m a t i
15、o nb yp a r t l yp u r ee n t a n g l e ds i x - p a r t i c l es t a t e si s p r o p o s e d W eg i v ean e wd e s c r i p t i o no ft h et e l e p o r t a t i o no fa nI l n k n o w nq u a n t u m S t a t ew h i c ht a k e si n t Oa c c o u n tt h ea c t i o no ft h em e a s u r i n gd e v i c ea
16、 n dm a n i f e s t y a v o i d s a n yr e f e r e n c e t ot h ep o s t u l a t eo ft h es t a t e v e c t o rc o l l a p s e W eg i v ea d e s c r i p t i o no ft e l e p o r t a t i o nu s i n gu n i t a r yt r a n s f o r m a t i o n s I nc h a p t e r b a s i n go n t h es c h e m ef o rq u a n t u m t e l e p o r t i n ga nu n k n o w n o n e - p a r t i c l es t a t e t h a tp m p o s e d b y B u s c he t a 1 ，w eh a v ei n v e s t i g a t e dan e ws
